复合材料用预浸料6

　技术讲座

文章编号:1007-9815(2000)04-0029-04

复合材料用预浸料

张凤翻

(北京航空材料研究院,北京100095)

中图分类号:V258 文献标识码:A

(续5)

4　预浸料的类型和性能

411　预浸料的类型

随着复合材料研究和开发的不断进步,使用领域日渐扩大,复合材料构件不同制造工艺、不同工作条件对预浸料也提出了不同要求。为了适应来自多方面的需要,新的预浸料不断出现,预浸料的类型不断增加。按物理状态分类,预浸料分成单向预浸料、单向织物预浸料、织物预浸料;按树脂基体不同,预浸料分成热固性树脂预浸料和热塑性树脂预浸料;按增强材料不同,分成碳纤维(织物)预浸料、玻璃纤维(织物)预浸料、芳纶(织物)预浸料;根据纤维长度不同,分成短纤维(4176mm以下)预浸料、长纤维(1217mm)预浸料和连续纤维预浸料;按固化温度不同,分成中温固化(120℃)预浸料、高温固化(180℃)预浸料以及固化温度超过200℃的预浸料等。表4-1为按树脂基体不同预浸料的主要类型。

单向织物预浸料是指纤维排列主要是径向,

通常其比例超过90%,仅有少量横向纤维,或单向预浸表面覆盖一层厚度很薄的玻璃纱布,目的是使单向预浸料不易分散开,改善其工艺性,俄罗斯航空工业用于主承力构件的预浸料多属前者。日本、韩国及欧洲体育用品用的预浸料,部分属于后者。

窄带预浸料是指宽度几mm或几十mm的单向预浸料,一般用于缠绕复合材料构件,不作铺层使用。

板型预浸外观呈刚性板状,英国ISI公司的APC-1、APC-2(AS4/PEEK)属这类预浸料,无粘性,铺层时需热熔焊方法进行,制造复杂形状的构件时铺层比较困难。

粉末预浸料是指树脂粉末附着于纤维上,经过部分熔化,形成树脂不连续,纤维未被树脂充分浸透的一种复合物。法国Atochem公司的“FIT”预浸丝束、俄罗斯航空材料研究院、BASF公司的粉末预浸料均属此类。这类预浸料有一定柔软性,有利于复杂构件的铺层,“FIT”预浸料束可用编织或缠绕成形。

热塑性树脂纤维型预浸料是具有预浸料功

第二十五卷第四期2000年8月高科技纤维与应用

H i-T ech Fiber&Application

V ol125,No14

Aug1,2000

能的织物,日本日东纺公司的TEXXES混杂织物属这类预浸料,具有设计自由度大、可进行多种原材料的不同组合;对模具的适应性强、能适应复杂形状构件的制造;成型性和操作性好、只需加热、加压就可成型,适于制备具有曲面的成型物;成本低,是一种低成本制造技术等优点。

412　预浸料性能

预浸料的性能通常包括树脂和预浸料的物理性能、化学性能、缺陷规定和尺寸要求、工艺性能、层合板和夹层结构的物理性能、层合板和夹层结构的力学性能、层合板和夹层结构的燃烧性能、电性能、贮存性能等。随使用领域、增强材料和树脂基体的不同,预浸料的类型、类别、级别和规格各异,要求的性能也不一样。以下仅就航空航天工业用预浸料的性能做一介绍,也可供其它行业用预浸料参考。41211　树脂和预浸料物理性能

树脂含量:以树脂的质量%表示,其控制精度为溶液浸渍法±3%;热熔法±2%;直接热熔法制的窄带预浸料±1%。

挥发分含量:溶液浸渍法一般控制在2%以下,热熔法通常控制在1%以下。但聚酰亚胺为基体的预浸料挥发分含量高达5%-10%。

树脂流动度:一般5%-25%;

凝胶时间及温度—凝胶时间曲线;

树脂基体粘度和粘度—温度曲线;

单位面积纤维质量:必需给出控制精度,且虽其大小而异,一般单向预浸料为±5%,织物预浸料大约为±10%。

粘性:不能太大、也不能无粘性,一般常温下不粘手、易铺贴、铺层有误时,还可小心分离开来,重新铺贴并对性能无影响为度即能自粘并能贴住。

铺覆性:预浸料应柔软,适于复杂结件的铺层。

41212　化学性能

红外光谱图(IR):预浸料标准中给出标准光谱图,标示未固化树脂的结构和化学组成,可以检查树脂基体配方有无污染,是否发生变化。

高压液相色谱(HPLC):是保证预浸料质量最通用的手段之一。可以确定树脂基体的化学成分,定量检查其浓度。

凝胶渗透色谱(GPC):确定树脂的分子量及其分布。

差示扫描量热分析(DSC):可以给出预浸料成分的大量信息,如Tg、热焓、树脂基体B 阶段的程度、固化过程开始、峰顶及终止时的温度等。

41213　预浸料缺陷

⑴缺陷规定和尺寸要求

A单向预浸料:

①预浸料应均匀平整,不应有固化了的树脂颗粒、外来杂质、未浸润的纤维、不存在未浸胶区及吸湿现象。

②间隙:单向预浸料的连续间隙不应超过012mm,长度<254mm,宽度<0176mm的间隙是可以接受的,但每019m2预浸中只允许一处长度<254mm、宽度0125-0176mm的间隙区。宽度<0125mm、长度不超过254 mm的间隙是容许的,且在30m2的预浸料中不得多于10处。

③毛团:在以下情况是可以接受的。

・不造成预浸料厚度突然变化,整体厚度变化不超过公称厚度的50%。

・由断丝引起的绒毛或松散的纤维球,只要不引起纤维扭曲、预浸料内这种毛团累计总面积在任何0109m2里不得超过10cm2。

・毛团被除去并对预浸料的外观和性能无影响的。

④纤维排列:预浸料的纤维应是直线、平行带材料的中心线、纤维不应有搭接、鼓泡、扭曲、交叉、皱折、局部严重畸变等不合理的排列、引起偏离轴线20°、长度>12mm的缺陷,出现这种缺陷的预浸料长度超过016mm、宽度>0115mm可以拒收。

⑤预浸料边缘:预浸料边缘偏离直线每600mm不应超过115mm,树脂流出边缘不超过115mm。

⑥预浸料宽度公差:预浸料宽度公差一般为±1127mm。

⑦纱拼接:纱可以拼接并以下述条件为前提:

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—高科技纤维与应用第二十五卷